انتظار میرود باتریهای ساختاری فیبر کربنی در آینده محدوده رانندگی خودروهای الکتریکی را تا ۷۰ درصد افزایش دهند.
هنگامی که اتومبیلها، هواپیماها، کشتیها یا رایانهها با استفاده از مادهای ساخته میشوند که هم به عنوان باتری و هم به عنوان سازه باربر عمل میکند، وزن و مصرف انرژی آنها به میزان قابل توجهی کاهش مییابد. طبق مقاله ای که در تاریخ دهم در آخرین شماره منتشر شده استمواد پیشرفتهیک تیم تحقیقاتی از دانشگاه فناوری چالمرز در سوئد با توسعه یک باتری ساختاری فیبر کربنی چند منظوره در زمینه "ذخیره سازی انرژی بدون جرم" پیشرفت کرده است. این باتری میتواند وزن لپتاپها را به نصف کاهش دهد، گوشیهای هوشمند را به نازکی کارتهای اعتباری تبدیل کند یا با یک بار شارژ، برد خودروهای الکتریکی را تا ۷۰ درصد افزایش دهد.
Rika Chaudhuri، محقق دانشگاه فناوری چالمرز، اظهار داشت که باتری ساختاری آنها از مواد کامپوزیت فیبر کربن ساخته شده است که دارای سفتی قابل مقایسه با آلومینیوم و چگالی انرژی کافی برای کاربردهای تجاری است. باتری ساختاری ماده ای است که هم می تواند انرژی را ذخیره کند و هم بار را تحمل کند. ادغام مواد باتری در ساخت واقعی محصولات به این معنی است که وسایل نقلیه الکتریکی، هواپیماهای بدون سرنشین، ابزارهای دستی، لپتاپها و گوشیهای هوشمند میتوانند وزن کمتری داشته باشند.
در سال 2018، این تیم برای اولین بار نشان داد که فیبر کربن، که دارای استحکام و سختی بالایی است، می تواند انرژی الکتریکی را به صورت شیمیایی ذخیره کند و به عنوان یک الکترود در باتری های لیتیوم یون عمل کند. این تحقیق توجه گسترده ای را به خود جلب کرد و توسطدنیای فیزیکبه عنوان یکی از ده موفقیت برتر آن سال.
از آن زمان، تیم تحقیقاتی مفهوم خود را بیشتر توسعه داده و سفتی و چگالی انرژی باتری را افزایش داده است. در سال 2021، آنها چگالی انرژی را به 24 وات ساعت بر کیلوگرم (Wh/kg) افزایش دادند که حدود 20 درصد ظرفیت باتری های لیتیوم یون قابل مقایسه است. اکنون، آنها چگالی انرژی را به 30 Wh/kg رسانده اند. اگرچه این میزان هنوز نسبت به باتری های رایج فعلی کمتر است، اما تاثیر آن به طور قابل توجهی متفاوت است. هنگامی که باتری ها بخشی از ساختار می شوند و می توانند از مواد سبک وزن ساخته شوند، وزن کلی وسیله نقلیه می تواند تا حد زیادی کاهش یابد. در نتیجه، انرژی مورد نیاز برای وسایل نقلیه الکتریکی به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.
محققان محاسباتی را بر روی خودروهای الکتریکی انجام دادند و دریافتند که در صورت مجهز شدن به باتری ساختاری جدید، برد رانندگی می تواند تا 70 درصد در مقایسه با سطوح فعلی افزایش یابد. سفتی واحدهای باتری ساختاری نیز به طور قابل توجهی بهبود یافته است، با مدول الاستیک اندازه گیری شده بر حسب گیگا پاسکال (GPa) که از 25 به 70 می رسد. این بدان معناست که این ماده می تواند بارهایی مانند آلومینیوم را تحمل کند اما وزن سبک تر دارد.
محققان بیان کردند که از منظر چند عملکردی، عملکرد باتری جدید دو برابر نسل قبلی است و آن را به بهترین باتری جهان تا به امروز تبدیل کرده است. با این حال، قبل از اینکه سلولهای باتری بتوانند از تولید آزمایشگاهی در مقیاس کوچک به تولید در مقیاس بزرگ و کاربرد در محصولات یا وسایل نقلیه تکنولوژیک تبدیل شوند، مقدار قابل توجهی کار مهندسی هنوز باید انجام شود.
